Question

【题目】十九大报告提出要对环境问题进行全面、系统的可持续治理。绿色能源是实施可持续发展 的重要途径，利用生物乙醇来制取绿色能源氢气的部分反应过程如图所示：

（1）已知：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H1= - 41 kJ/mol

CH3CH2OH(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g) △H2=+174.1 kJ/mol

请写出反应 I 的热化学方程式____________。

（2）反应 II，在进气比[n(CO) : n(H2O)]不同时，测得相应的 CO 平衡转化率见图（各点对应的反应温度可能相同，也可能不同；各点对应的其他反应条件都相同）。

①经分析，A、E 和 G 三点对应的反应温度相同，其原因是 KA=KE=KG=____________（填数值）。在该温度下：要提高 CO平衡转化率，除了改变进气比之外，还可采取的措施是____________。

② 对比分析 B、E、F 三点，可得出对应的进气比和反应温度的变化趋势之间的关系是____________。

③ 比较 A、B 两点对应的反应速率大小：VA____________VB（填“<” “=”或“>”）。已知反应速率 v=v 正v 逆= k正X（CO）X（H2O）－k逆X（CO2）X（H2），k 正、k 逆分别为正、逆向反应速率常数，X为物质的量分数计算在达到平衡状态为D点的反应过程中，当CO转化率刚好达到20%时，=_____________（计算结果保留1位小数）。

（3）反应 III 利用碳酸钾溶液吸收 CO2 得到饱和 KHCO3 电解液，电解活化的 CO2 来制备乙醇。

①已知碳酸的电离常数 Ka1=10-a mol·L1，Ka2=10-b mol·L1，吸收足量 CO2 所得饱和 KHCO3 溶液的 pH=c，则该溶液中lg=________________

②在饱和 KHCO3 电解液中电解 CO2 来制备乙醇的原理如图所示。则阴极的电极反应式是__________________________。

Answer 1

【答案】CH3CH2OH(g)+H2O(g)4H2(g)+2CO(g) △H= +256.1 kJ/mol 1 及时移去产物 进气比越大，反应温度越低或进气比越小，反应温度越高 < 36.0 c-a 14CO2+12e-+9H2O=CH3CH2OH+12HCO3－

【解析】

(1)根据盖斯定律解答；

(2)①CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)中，平衡常数K=，根据进气比[n(CO) : n(H2O)]和CO转化率列出“三段式”，计算平衡常数；

②对比分析 B、E、F 三点，当CO的转化率相同时，温度由低到高对应的进气比为0.5、1、1.5，进气比越高达到相同转化率所需的温度越低；

③A和B两点进气比相等，但A点CO的平衡转化率比B点的大，反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H1= - 41 kJ/mol是放热反应，温度越高，CO平衡转化率越低，故A的温度小于B的温度；D点达到平衡时，v 正=v 逆，即k正X（CO）X（H2O）=k逆X（CO2）X（H2），D点CO的平衡转换率为60%，进气比为1，设投入CO1mol，H2O1mol，列出“三段式”先计算，再计算CO平衡转化率为20%时，的值；

(3)①根据==计算；

②阴极上CO2得到电子生成CH3CH2OH和碳酸氢根。

(1)反应a.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H1= - 41 kJ/mol ；b.CH3CH2OH(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g) △H2=+174.1 kJ/mol；b-2a可得反应 I 的热化学方程式为：CH3CH2OH(g)+H2O(g) 4H2(g)+2CO(g) △H= +256.1 kJ/mol；

(2)①CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)中，平衡常数K=，根据进气比[n(CO) : n(H2O)]和CO转化率列出“三段式”：

E点平衡常数CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量 1 1 0 0

变化量 0.5 0.5 0.5 0.5

平衡量 0.5 0.5 0.5 0.5

K=1

A点平衡常数CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量 1 2 0 0

变化 23 23 23 23

平衡 13 13 13 13

此时K=1

G点平衡常数CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量 3 2 0 0

变化量 1.2 1.2 1.2 1.2

平衡量 1.8 0.8 1. 2 1.2

K==1，

故A、E和G三点对应的反应温度相同，其原因是A、E和G三点对应的化学平衡常数相同，都等于1；在该温度下：要提高CO平衡转化率，除了改变进气比之外，还可采取的措施是：及时移去产物；

②对比分析 B、E、F 三点，当CO的转化率相同时，温度由低到高对应的进气比为0.5、1、1.5，进气比越高达到相同转化率所需的温度越低，故进气比和反应温度的变化趋势之间的关系是：进气比越大，反应温度越低或进气比越小，反应温度越高；

③A和B两点进气比相等，但A点CO的平衡转化率比B点的大，反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H1= - 41 kJ/mol是放热反应，温度越高，CO平衡转化率越低，故A的温度小于B的温度，温度越高反应速率越快，故VA<VB；D点达到平衡时，v 正=v 逆，即k正X（CO）X（H2O）=k逆X（CO2）X（H2），D点CO的平衡转换率为60%，进气比为1，设投入CO1mol，H2O1mol，列出“三段式”：

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量（mol） 1 1 0 0

变化量（mol） 0.6 0.6 0.6 0.6

平衡量（mol） 0.4 0.4 0.6 0.6

X（CO）==20%，X（H2O）==20%，X（CO2）==30%，X（H2）==30%，

代入k正X（CO）X（H2O）=k逆X（CO2）X（H2）得，==；

在D点CO的平衡转化率为20%时，列“三段式”

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量（mol） 1 1 0 0

变化量（mol） 0.2 0.2 0.2 0.2

平衡量（mol） 0.8 0.8 0.2 0.2

X（CO）==40%，X（H2O）==40%，X（CO2）==10%，X（H2）==10%，===36.0；

(3)①==，pH=c，则=10-cmol/L，Ka1=10-a mol·L1，=c-a；

②阴极上CO2得到电子生成CH3CH2OH和碳酸氢根，电极方程式为：14CO2+12e-+9H2O=CH3CH2OH+12HCO3－。